Descriptif
Ce cours traite les télécommunications sur fibre optique à très haut-débit, devenues les artères vitales de l'ère numérique de nos sociétés. Après une première partie introductive, les principes de fonctionnement et les technologies associées à la base des systèmes de transmission multi Tbit/s sont explicités. Outre les aspects de transmission, ce cours traite également du fonctionnement actuel et futur des réseaux optiques, avec notamment les technologies liées aux interconnexions optiques. Les notions et les prinicipes abordés dans ce cours vont au delà de la seule utilisation dans le domaine des télécommunications optiques. En particulier, ce cours aborde des notions de théorie de l'information et de traitements du signal, de techniques d'amplification et de détection en amplitude et en phase d'un signal optique (suivant deux états de polarisation), de la correction de distorsions par des techniques de traitements numériques du signal (DSP) à temps réels... autant d'approches qui diffusent actuellement vers d'autres domaines (capteurs optiques, métrologie, transmission en espace libre, imagerie à travers des milieux complexes...).
Objectifs pédagogiques
A l’issue de ce cours, les élèves seront capables :
- d’appréhender un projet autour de la conception d’une transmission sur fibre optique à très haut-débit,
- de comprendre et d’anticiper les principaux facteurs limitant ses performances.
- d’aborder le fonctionnement de base des réseaux optiques.
- de réaliser un premier dimensionnement d'un systèmes de transmission optique (en espace libre ou par fibre optique)
- d'évaluer les performances d'un système de transmission de données numériques
- de comprendre les techniques et les principes mis en oeuvre pour la transmission et la détection de signaux à des débits de plusieurs centaines de Gbit/s
- de connaître les techniques de traitements numériques du signal (DSP) mis en oeuvre dans ces systèmes
- Cours magistral : 24
Diplôme(s) concerné(s)
Parcours de rattachement
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Vos modalités d'acquisition :
Examen écrit
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 1.5 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 1.5
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
Introduction aux télécommunications optique ( 3h)
- Rappel sur les propriétés des fibres optiques, Compensation de la dispersion chromatique
- Liaisons numériques sur fibres optiques : Bruit de photodétection, Facteur de qualité et taux d’erreurs binaires, règles de conception élémentaires
- Amplificateurs à fibre optique : principe de fonctionnement, Facteur de bruit, détection directe avec amplification optique, facteur Q’, rapport signal à bruit optique
- Multiplexage en longueur d’onde : liaisons WDM, DWDM, Gestion des nonlinéarités optiques
Systèmes de transmission WDM multi TéraBit/s (12h )
- Partie 1 : Maîtriser les bases de la transmission optique (une seule porteuse optique)
o Etat et évolution des besoins,
o A quoi être attentif lors de la conception d’un transmetteur et d’un récepteur ?
o Quel indicateur de qualité pour quel usage ?
o Comprendre les lois de dépendance de la dispersion chromatique, de la dispersion de polarisation et du bruit des amplificateurs en fonction du débit
- Partie 2 : Histoire des systèmes de communication WDM (plusieurs porteuses optiques) et des technologies associées
o Notion de marge industrielle ou comment rendre un système viable.
o 30 ans d’amplificateurs optiques
o Une dizaine de types de fibres : laquelle choisir ?
o l’action combinée de la dispersion chromatique et des effets non-linéaires a orienté les choix des concepteurs de systèmes : la gestion de la dispersion
- Partie 3 : Les effets non-linéaires optiques
La fibre, terrain de jeu privilégié des effets non-linéaires. Quelle configuration de système de transmission pour quel effet dominant ?
o Effets non-linéaires révélés lors de la propagation d’une porteuse unique : Automodulation de phase, Amplification paramétrique du bruit, Effet Brillouin, Effets non-linéaires intra-canaux
o Effets non-linéaires révélés lors de la propagation de plusieurs porteuses : Mélange à quatre ondes, Modulation de phase croisée, Modulation de polarisation croisée, Effet Raman auto-induit
o Les techniques de compensation connues
o A défaut de compensation parfaite, comment composer avec les distorsions dues aux effets non-linéaires
- Partie 4 : Les systèmes sous-marins
o Comparaison des défis des sous-marins et des systèmes terrestres
o Quelques exemples de câbles sous-marins
o Cas particulier des systèmes sans répéteur
- Partie 5 : Expériences de transmissions multi-terabit/s
o Prédire la portée d’un système comme juste équilibre entre le bruit des amplificateurs et les distorsions non-linéaires
o Protocoles expérimentaux émuler des systèmes à très haut débit en laboratoire
o Mettre en commun ses connaissances pour dépasser les meilleurs résultats connus : 5.12 Tbit/s sur 300 km, 5.12 Tbit/s sur 1500 km, 10 Tbit/s sur 300 km, 51 Tbit/s sur 2000 km
o Choisir le format de modulation, le débit symbole, et le code correcteur d’erreur qui maximisent la portée
- Partie 6 : les systèmes cohérents
Une révolution à cinq ingrédients
o Modulation multi-niveau : Revue des formats de modulation
o Multiplexage de polarisation
o Détection cohérente : Deux interféromètres, 8 photodiodes
o Traitement numérique du signal : Les étapes essentielles
o Ligne non compensée en dispersion : L’impact des effets non-linéaires optiques se déplace.
Introduction to Optical Networking (6h )
1. Introduction : transport networks today
2. Optical routing : principles and definitions
3. Building blocks : optical technologies
4. Towards “all” optical networks : limitations
5. Illustration of experimental assessment of an optical core network
6. Node architecture : Why now "Less" is better